32234231 Analise de Vibracoes Em Equipamentos Mecanicos

7/22/2019 32234231 Analise de Vibracoes Em Equipamentos Mecanicos

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1 BA A

Para compreender os fundamentos do princpio da anlise de vibraes, ser

preciso compreender o que vibrao mecnica. Leia atentamente o que se segue,

orientando-se pela figura abaixo, que mostra um equipamento sujeito a vibraes.

Figura 1 -Equipamento sujeito a vibraes

Pois bem, vibrao mecnica um tipo de movimento, no qual se considera umamassa reduzida a um ponto ou partcula submetida a uma fora. A ao de uma

fora sobre o ponto obriga-o a executar um movimento vibratrio.

No detalhe da figura anterior, o ponto P, quando em repouso ou no estimulado pela

fora, localiza-se sobre o eixo xSendo estimulado por uma fora, ele se mover na

direo do eixo y, entre duas posies limites, eqidistantes de x, percorrendo a

distncia 2D, isto , o ponto P realiza um movimento oscilatrio sobre o eixo x.

Para que o movimento oscilatrio do ponto P se constitua numa vibrao, ele

dever percorrer a trajetria 2 D, denominada trajetria completa ou ciclo, conhecida

pelo nome de perodo de oscilao.

Com base no detalhe da ilustrao, podemos definir um deslocamentodo ponto P

no espao. Esse deslocamento pode ser medido pelo grau de distanciamento do

ponto P em relao sua posio de repouso sobre o eixo x.

O deslocamento do ponto P implica a existncia de uma que poder ser varivel. Sea velocidade for varivel, existir uma certa aceleraono movimento.


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1.1

De acordo com o detalhe mostrado na ilustrao, podemos definir o deslocamento

como a medida do grau de distanciamento instantneo que experimenta o ponto P

no espao, em relao sua posio de repouso sobre o eixo x.

O ponto P alcana seu valor mximo D, de um e do outro lado do eixo x. Esse valor

mximo de deslocamento chamado de amplitudede deslocamento, sendo medida

em micrometros (m).

Por outro lado, o ponto P realiza uma trajetria completa em um ciclo, denominado

perodo de movimento, porm no usual se falar em perodo e sim emfreqncia de vibrao.

Freqncia a quantidade de vezes, por unidade de tempo, em que um fenmeno

se repete. No caso do ponto P, a freqncia a quantidade de ciclos que ela realiza

na unidade de tempo. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de

freqncia recebe o nome de hertz (Hz), que equivale a um ciclo por segundo.

Na literatura mecnica comum encontrarmos rotaes por minuto (rpm) e ciclos

por minuto (cpm) como unidades de freqncia. Essas unidades podem ser aceitas,considerando-se que o movimento de rotao do eixo a causa, em ltima

instncia, da existncia de vibraes em uma mquina, e aceitar que quando o eixo

completa uma rotao, o ponto P descrever um nmero inteiro de trajetrias

completas ou ciclos.

Este parmetro utilizado principalmente para identificar as seguintes causas de

vibraes:

Desbalanceamento

Desalinhamento

1.2

O ponto P tem sua velocidade nula nas posies da amplitude mxima de

deslocamento e velocidade mxima quando passa pelo eixo x, que a posio

intermediria de sua trajetria. No SI, a unidade de velocidade metros/segundo(m/s). No caso particular do ponto P, a velocidade expressa em mm/s.


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vibraes:

Desbalanceamento;

Desalinhamento;

Folgas;

Falta de Rigidez;

Excentricidade;

Problemas Eltricos;

Vibraes Hidrulica;

Vibraes Hidrodinmicas; Correias Defeituosas;

Rolamentos Defeituosos;

Engrenagens Defeituosas.

1.3 A

Como a velocidade do ponto P varia no decorrer do tempo, fica definida uma certa

acelerao para ele.

A variao mxima da velocidade alcanada pelo ponto P em um dos pontos

extremos de sua trajetria, isto , ao chegar sua elongao mxima D.

Nessas posies extremas, a velocidade no somente muda de valor absoluto,

como tambm de sentido, j que neste ponto ocorre inverso do movimento.

A acelerao do ponto P ser nula sobre o eixo x, pois sobre ele o ponto P estar

com velocidade mxima.

Resumindo, o movimento vibratrio fica definido pelas seguintes grandezas:

deslocamento, velocidade, acelerao, amplitude e freqncia.


vibraes:

Desbalanceamento;

Desalinhamento; Folgas;


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Problemas Eltricos,

Problemas em Rolamentos (Principalmente).

A Acelerao pode ser medida em dois nveis de vibrao:

1.3.1 A ()

Nesse nvel, medido at um afrequncia de 10000 (hz).Podendo ser detectado:

Desgaste do rolamento;

Problemas de falha de lubrificao;

Frequncia de engrenamento;

Probelmas de desbalanceamento; Contato alto de Metal com Metal.

1.3.2 A ( )

A medio feita em funo do tempo, esse espectro(grfico) muito importante

para analisar impactos anormais de qualquer natureza.Identificando;falhas

localizadas relevantes que ainda no esto generalizadas e no sendo percebidas

nas medies com valor em RMS.

Existe uma tcnica que utilizamos tambm nesse nvel,a tcnica de envelope,que

aplicada em fenmenos repetitivos tais como aqueles gerados em

rolamentos,engrenagens e quaisquer outros eventos que se repetem.Portanto

teremos:

Nessa tcnica,podemos utilizar:

Frequncias limites,mnimas e mximas atravs de filtros,nesse caso

utilizamos filtros que variam entre 500(hz) a 10000(hz). Onde esse reala

falha em rolamentos ou de origem magntica ou ainda alterao do GAP

(Componentes de 120 hz e mltiplos).Define o problema quando h folga

entre anel externo de um rolamento e seu adjacente.

Frequncias limites,mnimas e mximas atravs de filtros,nesse caso

utilizamos filtros que variam entre 50(hz) a 1000(hz). Onde esse reala falha


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em rolamentos, principalmente gaiola. Define tambm o problema de

desbalanceamento e desalinhamento.

2 BA A A BA

Por meio da medio e anlise das vibraes existentes numa mquina em

operao, possvel detectar com antecipao a presena de falhas que podem

comprometer a continuidade do servio, ou mesmo colocar em risco sua integridade

fsica ou a segurana do pessoal da rea.

A aplicao do sistema de anlise de vibraes permite detectar e acompanhar o

desenvolvimento de falhas nos componentes das mquinas. Por exemplo, pelaanlise de vibraes constatam-se as seguintes falhas:

Rolamentos deteriorados;

Engrenagens defeituosas;

Acoplamentos desalinhados;

Rotores desbalanceados;

Vnculos desajustados;

Eixos deformados;

Lubrificao deficiente;

Folgas excessivas em buchas;

Falta de rigidez;

Problemas aerodinmicos ou hidrulicos;

Cavitao;

Desbalanceamento de rotores de motores eltricos.

O registro das vibraes das estruturas efetuado por meio de sensores ou

captadores colocados em pontos estratgicos das mquinas. Esses sensores

transformam a energia mecnica de vibrao em sinais eltricos. Esses sinais

eltricos so, a seguir, encaminhados para os aparelhos registradores de vibraes

ou para os aparelhos analisadores de vibraes.

Os dados armazenados nos registradores e nos analisadores so, em seguida,

interpretados por especialistas, e desse modo obtm-se uma verdadeira radiografiados componentes de uma mquina, seja ela nova ou velha.


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A anlise das vibraes tambm permite, por meio de comparao, identificar o

aparecimento de esforos dinmicos novos, consecutivos a uma degradao em

processo de desenvolvimento.

Os nveis de vibraes de uma mquina podem ser representados de vrias

maneiras, porm a maneira mais usual de representao a espectral ou

freqencial, em que a amplitude da vibrao dada de acordo com a freqncia.

Graficamente temos:

Figura 2 Representao espectral

No ponto A0temos a amplitude de uma certa vibrao, e no ponto A1 a amplitude de

uma outra vibrao. Desse modo, em um espectro todos os componentes de um

nvel vibratrio so representados sob a forma de picos que nos permitem seguir,

individualmente, a variao da amplitude de cada vibrao e discriminar, sem

mascaramentos, os defeitos em desenvolvimento nos componentes das mquinas.

A figura a seguir mostra um grfico real de uma anlise espectral. Esse grfico foi

gerado por um analisador de vibraes completo.


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Figura 3 - Grfico em uma anlise espectral

3 A AA BA A

Dentre as diversas fontes de vibrao aquelas mais comuns e que, portanto,podem

ser responsabilizadas pela quase totalidade das vibraes mecnicas indesejveis

so:

3.1

O desbalanceamento uma das causas mais comuns de vibraes em mquinas.

Na maioria das vezes as principais caractersticas da vibrao medida so:

A frequncia da vibrao coincide com a rotao do elemento desbalanceado.

A amplitude proporcional quantidade do desbalanceamento (tende

sempre a crescer com o passar do tempo).

A amplitude de vibrao normalmente maior nas direes radiais

(transversais ao eixo de rotao).

As leituras de fase permanecem estveis.

A fase muda 90 quando o sensor deslocado 90.


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Estes cinco sinais de desbalanceamento so boas pistas que devem ser

consideradas com cuidado e bom senso. O balanceamento no a nica causa de

vibraes que ocorrem na frequncia de rotao. Um outro ponto a considerar que

o desbalanceamento em rotores verticais (turbinas hidrulicas, por exemplo)

freqentemente apresenta grandes amplitudes tambm na direo axial. Outras

mquinas (turbinas a vapor e a gs, compressores rotativos, por exemplo) tambm

podem apresentar grandes amplitudes axiais quando desbalanceamento devido a

reaes por impulsos. Portanto no se pode eliminar o desbalanceamento como

uma possvel causa de vibraes quando ocorre vibrao axial.

Figura 4 - Espectro caracterstico de um desbalanceamento

3.2

O desalinhamento quase to comum como o desbalanceamento. Apesar do uso

de mancais auto-compesadores ou acoplamentos flexveis muito difcil alinhar dois

eixos e seus mancais de forma que no atuem foras que causem vibraes.Existem trs tipos bsicos de desalinhamento: paralelo, angular e combinado. O eixo

empenado (fletido) vibra com caractersticas semelhantes ao desalinhamento

angular, de forma que tambm est includo nesta seo.

Na maioria das vezes, a anlise de vibrao originada por desalinhamento ou

empenamento apresenta:

A frequncia da vibrao normalmente 1X RPM. Se o desalinhamento for

severo surgem tambm em 2XRPM e 3X RPM.

A amplitude proporcional quantidade de desalinhamento.


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A amplitude de vibrao pode ser alta na direo axial bem como na radial. O

desalinhamento, mesmo com acoplamentos flexveis, produz foras axiais e

radiais que, por sua vez produzem vibraes radiais e axiais. Sempre que a

amplitude da vibrao axial for maior que a metade da maior amplitude

radial, deve-se suspeitar de desalinhamento ou empenamento.

As leituras de fase so instveis.

Figura 5 - Espectro caracterstico de um desalinhamento

Desalinhamento Angular - o desalinhamento angular, indicado na Figura abaixo,

submete os eixos a vibrao axial na frequncia 1X RPM.

Figura 6 - Desalinhamento angular

Desalinhamento Paralelo -o desalinhamento paralelo, ilustrado na figura abaixo,

produz uma vibrao radial em uma frequncia de 2X RPM.


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Figura 7 - Desalinhamento paralelo

Desalinhamento Combinado - no desalinhamento combinado, apresentado na

figura abaixo, alm da vibrao predominante acontecer na direo axial em 1X

RPM, ocorre uma vibrao significativa em 2X RPM nesta direo.

Figura 8 - Desalinhamento combinado

No apenas quando existe acoplamento que ocorre desalinhamento. Um mancal

de rolamento pode estar desalinhado, causando uma significativa vibrao axial.

Este problema deve ser corrigido com a montagem correta do mancal.

Figura 9 - Desalinhamento de mancais

Um mancal de deslizamento tambm pode apresentar desalinhamento. Neste caso

no ocorrem vibraes significativas, a no ser que tambm exista

desbalanceamento. O desbalanceamento provoca grande vibrao radial que, por

sua vez, com o empenamento produz componentes axiais significativas.


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Outra condio de desalinhamento que produz vibrao axial alta o

desalinhamento de polias (ou sistema coroa-pinho) em transmisso por correias ou

correntes. A figura abaixo ilustra este caso. Estas condies no apenas resultaro

em vibraes destrutivas como tambm provocam desgaste acelerado de polias,

coroas, correias e correntes.

Figura 10 - Desalinhamento de polias

3.3

A excentricidade outra causa comum de vibraes em mquinas rotativas. O

significado de excentricidade aqui diferente do desbalanceamento. Aqui o centro

de rotao difere do centro geomtrico, mesmo com a pea balanceada. A Fig. 11

ilustra alguns tipos comuns de excentricidade.


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Figura 11 - Tipos comuns de excentricidade

Os sintomas da excentricidade so idnticos aos do desbalanceamento. Em algunscasos a excentricidade pode ser reduzida atravs de balanceamento mas, em geral,

os resultados no so bons. Normalmente o problema s corrigido atravs da

montagem correta dos elementos envolvidos.

A excentricidade pode produzir foras de reao de natureza no centrfuga. Na

correia em V, da Fig. 11(a) a excentricidade provoca variao nas direes das

tenses na correia. Neste caso, a maior amplitude de vibrao ocorre na direo do

ramo tensionado da correia em frequncia igual a 1X RPM da polia excntrica. NaFig. 11(c) a excentricidade varia com a interao magntica entre a armadura e os

plos do motor eltrico, criando uma vibrao na frequncia 1X RPM entre armadura

e estator. O aumento da carga pode resultar em um aumento da amplitude de

vibrao. Nas engrenagens excntricas da Fig. 7.12(d) a maior amplitude de

vibrao ocorre na direo da linha de centros das engrenagens na frequncia 1X

RPM da engrenagem excntrica. Em todos os casos os sintomas so os mesmos

do desbalanceamento. Uma forma de diferenciar desbalanceamento de


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excentricidade neste tipo de motor medir a amplitude de vibrao do motor quando

em funcionamento normal. A seguir desliga-se o mesmo e observa-se a mudana da

amplitude de vibrao: se a amplitude decresce gradualmente o problema deve ser

desbalanceamento; se a amplitude desaparece imediatamente, o problema

causado pela armadura excntrica.

Rotores excntricos de ventiladores, bombas e compressores tambm podem gerar

foras vibratrias. Nesses casos, as foras resultam da atuao desigual de fora

aerodinmicas e hidrulicas sobre o rotor. Os sintomas tambm so os mesmos do

desbalanceamento. No h forma de distinguir. O procedimento realizar o

balanceamento e, se as amplitudes no forem reduzidas significativamente,

inspecionar a mquina na busca de desgastes, danos ou excentricidade nos

mancais.

Figura 12 - Espectro caracterstico de excentricidade

3.4

Os rolamentos geram quatro frequncias caractersticas de defeitos que so:

Frequncia de defeito de Pista Externa;

Frequncia de defeito de Pista Interna;

Frequncia de defeito de Elemento Rolante;

Frequncia de defeito de Gaiola.


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Defeitos em guias, esferas ou roletes em mancais de rolamento causam vibraes

de alta frequncia. Nestes casos, a frequncia no , necessariamente, um mltiplo

inteiro da velocidade de rotao do eixo. Possveis movimentos de roamento ou

deslizamento de esferas ou roletes podem gerar frequncias mais diretamente

relacionadas com os processos de roamentos ou impactos. Normalmente as

amplitudes de vibrao dependem da extenso do problema existente, mas os

possveis impactos podem excitar tambm frequncias naturais, o que deve ser

adequadamente verificado. As altas frequncias naturais, normalmente excitadas

nestes casos, esto associadas a componentes estruturais da mquina, e ocorrem,

tipicamente, acima de 166 Hz (10000 CPM). Em alguns casos, podem ser geradas

vibraes em frequncias naturais associadas geometria dos mancais.

So observadas vrias vibraes em altas frequncias. Estas vibraes so

resultado da excitao de frequncias naturais do mancal ou outras partes

estruturais associadas. Um outro detalhe que, normalmente, as vibraes nos

mancais no so transmitidas a outros pontos da mquina, de forma que os sinais

estaro presentes apenas em medies realizadas prximas ao mancal defeituoso.

Figura 13 - Espectro caracterstico de um mancal de rolamento defeituoso

3.5

Os altos nveis vibratrios devidos a problemas em mancais de deslizamento so

resultado, geralmente, de folgas excessivas (desgaste ou eroso qumica), partes

soltas, ou problemas de lubrificao.


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Folga Excessiva

A folga excessiva provoca desbalanceamento, desalinhamento, afrouxamento e

batidas.

Precesso com lubrificao (Oil whirl)

A precesso com lubrificao ocorre apenas em mancais de deslizamento

lubrificados sob presso e quando operam a altas velocidades, normalmente

superiores segunda velocidade critica do rotor.

Figura 14 - Precesso com lubrificao

O mecanismo da precesso ilustrado na Fig. 14. Sob condies normais de

operao, o eixo se elevar ligeiramente pela lateral do mancal. Esta elevao

depende da velocidade de rotao, peso do rotor e presso do leo. O eixo, desta

forma, opera em uma posio excntrica em relao ao centro do mancal e arrasta o

leo formando uma espcie de cunha lquida pressurizada do outro lado. Se esta

excentricidade momentaneamente aumentada devido, por exemplo, a uma onda

repentina, uma carga de impacto externa, ou outra condio transitria, uma

quantidade adicional de leo imediatamente bombeada no espao deixado vago

pelo eixo. O resultado um aumento na presso do filme de leo em contato com o

eixo. A fora adicional desenvolvida pode produzir um movimento circular do eixo no

interior do mancal. Se o amortecimento do sistema for suficientemente grande o eixo

retorna sua posio de equilbrio no mancal; se o amortecimento for baixo, o eixo

continua com este movimento de precesso (whirl). A vibrao resultante

freqentemente muito severa, mas facilmente reconhecida por sua frequncia


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incomum. Esta frequncia levemente menor que a metade da velocidade de

rotao do eixo (geralmente 46% a 48%).

Como a frequncia dominante menor que a metade da velocidade de rotao (ou

da frequncia sncrona), se o eixo for observado com uma luz estroboscpica a

marca no aparecer fixa e sim girando. O problema do oil whirl normalmente

atribudo a um projeto inadequado do mancal, algumas vezes por superestimar o

carregamento real do eixo.

Entretanto, algumas outras causas possveis incluem desgaste excessivo do

mancal, aumento na presso ou mudana na viscosidade do leo. Algumas

correes temporrias podem ser feitas mudando a temperatura do leo lubrificante

(mudando a sua viscosidade), introduzindo um pequeno desbalanceamento ou

desalinhamento para aumentar a carga, ou fragmentar ou ranhurar as faces da

superfcie do mancal para desfazer a onda de leo. Naturalmente a soluo

permanente substituir o mancal adequadamente projetado para as condies de

operao da mquina ou um especialmente projetado para reduzir as possibilidades

de oil whirl.

A Fig. 15 mostra trs configuraes de mancais de deslizamento disponveisespecialmente construdos para reduzir as possibilidades de oil whirl:

a) Mancal com ranhuras axiais (Fig. 15a) - Neste tipo de mancal, as ranhuras

so utilizadas para aumentar aresistncia ao whirl em trs pontos igualmente

espaados. Esta configurao normalmente limitada a menores aplicaes

tais como pequenas turbinas a gs.

b) Mancal lobado (Fig. 15b) - Este tipo de mancal produz estabilidade contra o

oil whirl usando trs filmes de leo pressurizado de forma que o eixopermanece centralizado. Algumas vezes possuem ranhuras axiais para

aumentar a resistncia ao whirl.

c) Mancais segmentados (Fig. 15c) - uma escolha comum (muito utilizado) em

mquinas industriais grandes, de alta velocidade. Cada segmento desenvolve

uma cunha de leo pressurizado que tende a centralizar o eixo no mancal.

Normalmente o amortecimento do sistema aumentado o que aumenta

tambm.


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Figura 15 - Mancais projetados para reduzir o whirl

Uma mquina que normalmente estvel pode exibir sinais de vibrao por oil whirl

e, algumas vezes, esta condio ocorre intermitentemente. Neste caso o problemano est relacionado com o mancal de deslizamento mas com foras externas que,

coincidentemente, esto na mesma frequncia do oil whirl do mancal. Existem duas

fontes comuns de vibrao que podem excitar oil whirl em um mancal de

deslizamento: vibrao transmitida pelo maquinrio que opera na vizinhana e

vibrao proveniente de outros elementos da prpria mquina.

Precesso histertica

Um rotor que opera acima de velocidades crticas tende a se fletir em sentido oposto

ao desbalanceamento. O atrito interno, ou histertico, tende a restringir esta

deflexo. Quando, entretanto, as foras de amortecimento esto em coincidncia de

fase com a deflexo, o efeito contrrio, agindo no sento de aumentar a mesma.

uma vibrao similar ao oil whirl, ocorrendo em uma frequncia diferente,

normalmente quando o rotor est operando entre a primeira e segunda velocidades

crticas. Nesta condio a frequncia da precesso histertica igual primeira

frequncia natural (primeira velocidade crtica) do rotor (raramente ocorre na mesma

frequncia do oil whirl). Quando o rotor est operando acima da segunda velocidade

crtica os sintomas so iguais ao do oil whirl. A precesso histertica, normalmente

controlada pelo amortecimento prprio dos mancais de deslizamento (que

normalmente alto). Quando este problema ocorre a soluo usual aumentar o

amortecimento do mancal ou da estrutura, atravs, por exemplo, da instalao de

mancais segmentados ou outros especialmente projetados. Em alguns casos o

problema pode ser solucionado reduzindo o amortecimento do rotor, o que pode ser


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feito, por exemplo, substituindo um acoplamento por engrenagens por um

acoplamento flexvel.

Lubrificao inadequada

Problemas como insuficincia de lubrificao ou uso de lubrificante inadequado,

podem causar vibrao em mancais de deslizamento. Nestes casos, a lubrificao

inadequada causa atrito excessivo entre o mancal estacionrio e o eixo rotativo, e o

atrito excita uma vibrao no mancal ou partes a ele relacionadas (dry whip). A

frequncia da vibrao, neste caso, normalmente muito alta, produzindo rudo

agudo (guinchos), e no tem relao com a velocidade de rotao do rotor. Quando

h suspeita sobre a existncia de dry whip deve-se verificar a lubrificao do mancale se a folga est correta (tanto folga excessiva como insuficiente pode causar dry

whip).

Figura 16 - Espectro caracterstico de um mancal de deslizamento defeituoso

3.6

Elementos soltos produzem vibrao em uma frequncia que normalmente igual

ao dobro ou mltiplos inteiros da velocidade de rotao do eixo rotativo.

Normalmente o elemento se solta em virtude de uma vibrao excitada por outra

fonte, como, por exemplo, desbalanceamento ou desalinhamento. O elemento solto,

por sua vez, agrava a situao, transformando vibraes aceitveis em excessivas.


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A Fig. 17 apresenta um esquema que ilustra como um elemento solto pode produzir

uma vibrao em uma frequncia igual ao dobro da velocidade de rotao do rotor.

O desbalanceamento a origem da vibrao neste exemplo.

Figura 17 - Elemento mecnico solto causando vibrao

Quando a parte mais pesada do rotor est na parte inferior do mancal a foracentrfuga se dirige para baixo, forando o mancal contra o seu pedestal. Quando a

parte mais pesada do rotor passa pela parte superior do mancal a fora se dirige

para cima e o mancal elevado do pedestal. Quando a parte mais pesada do rotor

est na lateral do mancal o mesmo cai sobre o pedestal . Este processo resulta que

a fora atua de duas formas distintas sobre o mancal, durante uma revoluo do

rotor: o rotor inicialmente levantado e a seguir cai sobre o pedestal.

Caracteriza-se aqui uma fora peridica com comportamento no harmnico o queimplica na presena de frequncias harmnicas, com predominncia da segunda

harmnica (igual ao dobro da frequncia de operao).

Como resumo, a principal caracterstica da vibrao originada por elemento

mecnico solto a predominncia da segunda frequncia harmnica. Existe,

normalmente, alguma folga inerente em toda mquina, de forma que

absolutamente normal achar alguma a segunda harmnica (ou, at mesmo,

harmnicas maiores) quando h desbalanceamento e desalinhamento. A suspeitade elemento mecnico solto justificada quando a segunda harmnica

predominante.


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Figura 18 - Espectro caracterstico de um elemento mecnico solto

3.7

Apesar das correias serem uma das mais comuns e significantes fontes vibratrias

em mquinas industriais, geralmente so as ltimas a serem investigadas.

As correias em V so muito utilizadas em transmisso de potncia por sua alta

capacidade de absorver choques e vibraes. Na maioria dos casos as correias em

V operam mais silenciosamente que correntes e engrenagens, o que evidencia

nveis vibratrios menores. Por outro lado, as correias em V podem ser fontes de

vibraes indesejveis, especialmente em mquinas ferramenta em que os nveis

vibratrios devem ser mantidos muito baixos.

Os principais problemas vibratrios associados s correias em V so, geralmente,

classificados como:

Reao da correia a outras foras geradas no equipamento; Problemas reais na correia.

As correias em V so freqentemente consideradas como fontes de vibraes

porque muito fcil visualizar a sua vibrao, o que no ocorre com outras partes da

mquina. As correias so as peas de maior facilidade de substituio. Entretanto,

bastante provvel que a correia vibre em funo de outros distrbios na mquina,

sendo apenas um indicador de um problema vibratrio. Alguns problemas que

normalmente produzem vibraes em correias so o desbalanceamento excessivo,

polias excntricas, desalinhamentos e elementos soltos. Deve-se, portanto,


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investigar profundamente as causas da vibrao antes de efetuar uma troca de

correia. O fator chave para determinar a natureza do problema a frequncia da

vibrao da correia. Se a vibrao da correia produzida por uma causa

proveniente de outro elemento, ento a frequncia da vibrao estar associada ao

problema gerador. Por outro lado, quando a vibrao ocorre por defeito na correia, a

frequncia de vibrao igual a um mltiplo inteiro (1, 2, 3 ou 4 vezes) da rotao

da correia.

Com correias mltiplas importante que todas as correias tenham a mesma tenso.

Se algumas correias estiverem frouxas enquanto que outras esto tensionadas, as

correias frouxas apresentaro fortes vibraes mesmo que as foras perturbadoras

sejam fracas. Esta condio causa deslizamento e acelera o desgaste na correia e

na polia.

A identificao de defeitos na correia geralmente pode ser feita medindo-se a

vibrao em um mancal prximo mesma, inicialmente em direo perpendicular

direo da tenso na mesmo e, a seguir, em direo perpendicular primeira.

Correias defeituosas geralmente apresentam uma amplitude de vibrao maior em

uma direo paralela direo de sua tenso.

Os defeitos mais comuns em correias so:

Rachaduras,

Pontos endurecidos ou enfraquecidos,

Figura 19 - Espectro caracterstico de uma correia defeituosa


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3.8

Normalmente, as vibraes originadas por problemas em engrenagens so fceis de

ser identificadas por ocorrerem em uma frequncia alta, igual frequncia de

rotao da engrenagem multiplicada pelo seu nmero de dentes (frequncia de

engrenamento). Alguns problemas comuns que apresentam estas caractersticas

so:

Desgaste excessivo,

Imperfeies nos dentes,

Lubrificao deficiente, e

Impurezas incrustadas nos dentes.

As engrenagens tambm podem gerar vibraes em outras frequncias no

relacionadas com a frequncia de engrenamento. Quando, por exemplo, a

engrenagem apresenta apenas um dente quebrado ou deformado, pode surgir uma

vibrao na frequncia de rotao. Neste caso o problema pode ser identificado

analisando-se a forma da onda vibratria (em um osciloscpio): ocorrem picos

elevados em intervalos de um perodo de rotao como ilustra a Fig. 20,comparando a vibrao resultante com a que seria gerada por um

desbalanceamento. Se existirem mais de um dente danificados a frequncia ser

multiplicada pelo nmero destes. Quando um trem de engrenagens opera com

condio de carga muito leve as vibraes podem apresentar amplitudes e

frequncias errticas. Esta condio de operao pode ocasionar impactos entre as

diversas engrenagens de forma desordenada. Os impactos excitam as frequncias

naturais das engrenagens, mancais e componentes a eles ligados. Este tipo de

problema pode ser distinguido de um problema em um mancal, por exemplo,

observando-se que as amplitudes originadas pelo problema do mancal so muito

maiores prximas ao prprio mancal, enquanto que as originadas por engrenagens

so detectadas em dois ou mais pontos da mquina.


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Figura 20 - Diferena entre desbalanceamento e dente de engrenagem quebrado

As engrenagens tambm podem apresentar problemas comuns a outras partes da

mquina como desbalanceamento ou montagem excntrica, por exemplo,

apresentando, nestes casos, vibraes com estas caractersticas.

Em virtude das vibraes de alta freqncia, as engrenagens so uma fonte comum

de rudo nas mquinas de forma que a correo dos problemas associados a elas

reduz significativamente o nvel de rudo existente.

Figura 21 - Espectro caracterstico de uma engrenagem defeituosa

3.9

As vibraes causadas por falhas eltricas ocorrem em sistemas que possuem

mquinas eltricas (motores, geradores, alternadores, etc.) e so causadas


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normalmente por foras magnticas desequilibradas atuantes em rotores ou

estatores. Algumas causas comuns destas foras so:

Rotor no redondo;

Armaduras excntricas;

Rotor e estator desalinhados;

Estator elptico;

Circuito aberto ou curto circuito;

Problemas no enrolamento do rotor.

Os problemas eltricos geralmente apresentam vibraes na freqncia de rotao,

o que torna difcil a distino de outras fontes como desbalanceamento. Umamaneira de se verificar se a vibrao causada por problema eltrico desligar a

energia eltrica durante a medio da amplitude de vibrao e verificar se a mesma

desaparece ou diminui significativamente rapidamente. Em caso positivo a causa

certamente eltrica. Se a diminuio da amplitude for lenta e acompanhar a queda

na freqncia de rotao, ento a causa de natureza mecnica. Uma outra

caracterstica deste tipo de problema que os nveis vibratrios dependem da carga.

Muitas vezes, motores eltricos so testados em vazio e no apresentam amplitudesde vibrao elevadas e quando em operao com carga vibram violentamente,

evidenciando problemas eltricos.

Em motores de induo podem ocorrer vibraes na freqncia de deslizamento

que igual diferena entre a freqncia de rotao do rotor e a freqncia eltrica

(do campo magntico rotativo) chamada de sncrona que sempre igual

freqncia da linha de corrente alternada (freqncia da rede, 60 Hz). Neste caso a

amplitude da vibrao pulsante. O fenmeno do batimento se intensifica quandoocorre um problema mecnico associado (como o desbalanceamento) e a pulsao

da amplitude se torna regular, especialmente quando as duas freqncias so

relativamente prximas.

Os motores eltricos tambm podem apresentar vibraes devido a pulsos de torque

gerados quando o campo magntico do motor energiza os polos do estator. A

freqncia associada igual ao dobro da freqncia da linha de corrente alternada.

Os pulsos de torque so raramente problemticos exceto quando so exigidos nveis


28/40


de vibrao extremamente baixos ou os pulsos excitam ressonncias em outras

partes da mquina.

Figura 22 - Espectro caracterstico de problemas eltricos

3.10

Mquinas que operam com fluidos como ar, gua, leo ou gases podem apresentar

vibraes originadas pela interao entre elementos slidos mveis (ps) e fluidos.Isto acontece freqentemente em bombas, ventoinhas e similares.

As vibraes geradas ocorrem em freqncias altas (nmero de ps vezes a

freqncia de rotao). As causas da vibrao so foras hidrulicas que

normalmente so pequenas mas se tornam importantes quando excitam alguma

ressonncia na mquina.

Se no ocorre ressonncia o problema pode ser originado por cavitao,

recirculao ou turbulncia. A cavitao ocorre quando uma bomba opera comexcesso de capacidade ou baixa presso de suco. Como o fluido que j entrou

no preenche completamente o espao, o fluido que est entrando puxado aos

pulos para preencher os espaos vazios. Isto cria bolsas de vcuo que so

altamente instveis que podem literalmente implodir muito rapidamente. Os impactos

gerados excitam freqncias naturais localizadas em partes da bomba. Como as

imploses podem ocorrer em tempos e posies aleatrios na bomba ou na

tubulao a amplitude e a freqncia da vibrao tambm so aleatrias.


29/40


A recirculao pode ocorrer quando uma bomba est operando em baixa

capacidade ou alta presso de suco. Na tentativa de se mover uma quantidade

excessiva de fluido da bomba, uma poro do fluido retorna. Este fluxo reverso e o a

conseqente mistura de fluido movendo-se em direes opostas causa vibrao. A

recirculao ocorre algumas vezes dentro de uma bomba de mltiplos estgios com

folga excessiva entre o rotor e seu alojamento. Esta forma de recirculao pode

mostrar uma freqncia quase constante no relacionada com a freqncia de

rotao. Em qualquer situao, as vibraes devidas a recirculao apresenta

flutuaes aleatrias na freqncia e na amplitude similares s causadas pela

cavitao.

O fluxo turbulento o resultado da resistncia ao fluxo normal de fluidos. Esta

resistncia pode ser causada por obstrues, curvas agudas ou apenas atrito

superficial entre fluido e tubulao. A turbulncia tambm pode ser causada pela

mistura de fluidos de alta e baixa velocidades. Um exemplo um motor a jato

quando os gases de exausto de alta velocidade se misturam ao ar externo quase

estacionrio. Embora os nveis de rudo gerado por fluxo turbulento sejam muito

altos, a mquina vibra pouco pois a condio de turbulncia externa a ela.

Figura 23 - Espectro caracterstico de uma vibrao causada por cavitao


30/40


A vibrao e o rudo associados com cavitao, recirculao e fluxo turbulento

apresentam caractersticas similares. Este tipo de vibrao normalmente de

natureza aleatria com amplitudes e freqncias instveis. A Fig. 23 mostra um

espectro de uma vibrao gerada por cavitao. Pode-se observar uma vibrao de

regime permanente em 3600 rpm (60 Hz), indicando, possivelmente, um pequeno

desbalanceamento ou desalinhamento no motor. Existe, entretanto, uma vibrao

aleatria (banda larga) entre 30000 cpm e 100000 cpm (500 Hz e 1667 Hz)

indicando problemas de associados com fluxo hidrulico e aerodinmico.3.11

Em mquinas alternativas (compressores, bombas alternativas, motores a

combusto) ocorrem vibraes resultantes do movimento alternativo. Estas

vibraes so causadas pelas variaes de torque em virtude da variao de

presso no cilindro e pelas foras de inrcia das partes que se encontram em

movimento alternativo. Estas vibraes so normalmente complexas pois vrias

freqncias esto envolvidas embora, geralmente, as freqncias predominantes

so iguais a uma e duas vezes a freqncia de rotao. Freqncias de ordem mais

alta tambm so encontradas dependendo do nmero de pistes e de seu

relacionamento. Por exemplo, em um motor a quatro tempos de quatro cilindros,

ocorrem duas exploses a cada volta da rvore de manivelas (virabrequim). Isto

resulta em uma vibrao em uma freqncia igual a duas vezes a freqncia de

rotao do virabrequim. Por outro lado, se o mesmo motor possusse seis ou outro

cilindros o nmero de exploses seria de trs e quatro por volta com surgimento de

freqncias iguais a trs e quatro vezes a freqncia de rotao respectivamente. A

Fig. 24 mostra as vrias freqncia harmonicamente relacionadas reveladas pela

anlise de um compressor de quatro cilindros em V. Geralmente, estas freqncias

de ordem mais alta so inerentes ao funcionamento da mquina e s se tornam

importantes se excitarem alguma freqncia natural da mesma induzindo uma

condio de ressonncia.

Os problemas de vibrao excessiva em mquinas alternativas podem ser

originados por problemas mecnicos (desbalanceamento, desalinhamento,

empenamento de eixos, folgas, peas soltas, falhas em mancais, etc.) ou


31/40


operacionais (lubrificao inadequada ou ineficiente, vazamentos em vlvulas,

problemas de ignio ou injeo, etc.). A soluo destes problemas exige uma

inspeo completa na mquina acompanhada de uma anlise da vibrao. Existem

vrias formas de identificar problemas mecnicos e operacionais. Por exemplo,

falhas de ignio causam um significativo decrscimo de eficincia na mquina

acompanhado de forte vibrao. O desbalanceamento, entretanto, praticamente no

influencia no rendimento da mquina. Problemas operacionais possuem a tendncia

a gerar foras alternativas desiguais nas diferentes direes de medio. Deve

ocorrer uma amplitude bem maior na direo (ou paralela a) do movimento

alternativo. J o desbalanceamento ou o desalinhamento apresentam amplitudes

semelhantes em duas direes radiais.

Figura 24 - Espectro de vibrao em um compressor

3.12

O roamento o contato eventual entre partes estacionrias e rotativas de uma

mquina podendo gerar vibraes na freqncia de rotao, no dobro dela, em seus

sub-mltiplos e altas freqncias. O roamento tambm pode gerar um aumento no

nvel de amplitudes em toda uma ampla faixa de freqncias. Se o roamento for

contnuo provvel que no se observe nenhuma vibrao caracterstica em


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especial mas o atrito contnuo pode excitar ressonncias em altas freqncias em

outras partes da mquina produzindo medies de amplitudes e fases instveis.

Observou-se que o roamento em selos de uma turbina a vapor apresenta diferentes

amplitudes e fase nas mesmas condies de operao em tempos diferentes de

observao. Por exemplo: uma mquina girando a 3600 rpm apresentava nveis

constantes de amplitude e fase; aps diminuir a sua velocidade de rotao para

1800 rpm por um curto tempo, e retornando a operar a 3600 rpm, a mesma mquina

apresentou amplitude e fase completamente diferentes das anteriores. Isto sugere

que o ponto em que est acontecendo o roamento est se movendo quando se

varia a velocidade de rotao.

O roamento , normalmente o resultado de um eixo empenado ou partes

quebradas ou avariadas que podem ser detectados por procedimentos j descritos.

4 A BA A

A vibrao causada pelo desbalanceamento aumenta a carga dinmica nos mancais

de suas mquinas, aumentando seu desgaste e resultando numa menor vida til.

Causa ainda fraturas por fadiga, podendo quebrar peas girantes, especialmente sesua mquina passa por freqncias ressonantes.

Parafusos, pinos e chavetas podem ir se soltando aos poucos em funo da

vibrao excessiva. Quebras catastrfi cas podem acontecer caso estes

componentes venham a se soltar. A vibrao excessiva em mquinas e ferramentas

pode ainda causar leses por esforos repetitivos e aumento de fadiga dos

operadores, submetidos a um estresse operacional maior. Eixos desalinhados, que

excedam os limites tolerveis, resultam em danos aos mancais, deformao e at

fratura do eixo.

Muitas vezes, essas vibraes ocorrem em nveis imperceptveis sensibilidade

humana (p. ex., no caso de altas freqncias). Em outros casos, percebemos a

vibrao somente ao atingir nveis muito altos, estando a mquina em condio j

to deteriorada, que pode ser tarde demais para uma ao corretiva.

Estes problemas decorrentes da vibrao possuem fcil soluo - o balanceamento -

uma palavra que est relacionada a "balana" e "pesagem". Balancear alcanar


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um estado de equilbrio, como colocar o mesmo peso em ambos os lados de uma

balana.

Podemos considerar a mesma similaridade em relao distribuio de massas deum corpo em relao ao seu eixo de rotao. Se a massa de um corpo rotativo no

estiver distribuda uniformemente, este estado conhecido como desbalanceado.

Neste estado o desbalanceamento gera foras centrfugas, vibraes e rudos

durante a rotao, que sero cada vez mais percebidos e mais srios medida que

aumentamos a velocidade.

O desbalanceamento e suas conseqncias fazem parte de nosso dia-a-dia, no

apenas em seu exemplo mais conhecido, o da roda de seu veculo, mas tambm no

seu cho-de-fbrica, em seu cabeote de usinagem, acionamento do seu torno,

eixos, fusos, polias, correias, motores, engrenagens, etc. E ele facilmente

percebido pelas vibraes e rudos excessivos produzidos durante o funcionamento

da mquina.

Ocorre, porm, que estes rudos e vibraes no so apenas incmodos, mas sim

um srio risco. Devido s foras centrfugas geradas, so tambm uma ameaa

integridade de pessoas, a mquinas e meio ambiente. E quando elas excedem os

limites tolerveis, acabam sendo responsveis diretas por signifi cativas perdas de:

4.1

Vibraes causadas pelo desbalanceamento geram cargas excessivas nos

rolamentos, nos mancais e na fundao das mquinas. Como resultado, aumentam

seu desgaste. Mquinas com componentes inadequadamente balanceados tm, emgeral, uma vida til menor. Um rotor bem balanceado permite melhor formao do fi

lme de leo dos mancais e um projeto mais leve de mancais.

4.2

Vibraes podem reduzir o torque de aperto de elementos de fi xao e resultar em

componentes trabalhando com folgas. Estas podem causar mau funcionamento de

componentes eltricos ou danifi car cabos e conexes. O desbalanceamento pode


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afetar seriamente a segurana de uma mquina e constitui um perigo a outras

mquinas e segurana dos operadores. Alm disso, ele pode resultar na quebra

de componentes rotativos e peas associadas.

4.3

No se pode exigir alta preciso de uma ferramenta com vibrao. Ela exige maior

esforo fsico do operador e assim causa maior fadiga e estresse. Um rebolo ou uma

mquina de processamento de madeira de alta velocidade no vai trabalhar de

forma precisa e produzir mais peas rejeitadas, caso seus fusos e ferramentas no

tenham sido balanceados com a preciso necessria.

4.4

Operaes mais suaves e diminuio do rudo de um produto so consideradas

indicadores de qualidade. Da mesma maneira, vibraes excessivas podem

impactar seriamente a competitividade de um produto. Um equipamento que

apresenta fortes vibraes certamente ser mais difcil de vender.

Felizmente as foras e rudos excessivos provocados pelo desbalanceamento (e

causadores de vibrao) podem ser eliminados pelo balanceamento.

Balancear um processo pelo qual a distribuio de massa de um rotor

melhorada, de tal maneira que este ir girar em seus mancais sem gerar foras

centrfugas signifi cativas, uma vez que estas seriam reduzidas a um mnimo.

Pensando em termos de mquinas de produo, graas a uma competiointernacional cada vez mais acirrada, espera-se que estas produzam com a mais

alta qualidade, na maior velocidade, durante o maior tempo possvel, com o mais

alto grau de segurana e confi abilidade. Ainda que o desenvolvimento destas

mquinas se aproxime cada vez mais da perfeio e apresente vibraes cada vez

menores, estes equipamentos, mesmo com as mais modernas tecnologias e

melhores componentes disponveis, tendem a se desgastar, em funo de sua

prpria utilizao, devido ao atrito de componentes, falta de manuteno adequada,


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desalinhamento, acomodao em suas fundaes e mesmo certo aumento em suas

folgas.

Tudo isso acaba se transformando novamente na indesejada vibrao, capaz dediminuir a vida til e de paralisar a produo - o que pode signifi car tanto um

desastre econmico para a sua empresa como um risco de acidente ou mesmo

morte.

natural que as mquinas apresentem vibraes, mesmo em condies ideais de

operao, seja devido ao desbalanceamento residual de seus componentes ou

devido sua montagem mecnica. Porm, o aumento das vibraes sugere

fortemente uma falha em potencial ou problema mecnico.

Estudos mostram que pelo menos 50% dos problemas de vibraes detectados em

mquinas nos levam a uma causa comum: o desbalanceamento. Dessa maneira, ao

detectarmos e, rapidamente, corrigirmos este problema (ou pelo menos lev-lo a

nveis aceitveis), conseguimos, na grande maioria dos casos, que as mquinas

voltem a funcionar suavemente, eliminando o risco de falhas.

Utilizando mtodos modernos de diagnstico, muitos danos severos s mquinas e

seus altos custos de reparo podem ser evitados. Adicionalmente, a incidncia de

falhas e paradas de mquinas com perda de produo tambm ser minimizada.

Dentre os diversos mtodos existentes de diagnstico, a anlise de vibrao

adquiriu extrema importncia, uma vez que consegue fornecer vasta quantidade de

informao com baixo custo de investimento. Ao detectar a origem da vibrao, que,

conforme dissemos, causada pelo desbalanceamento na maioria dos casos,

possvel eliminar a vibrao.

Sabendo que todos os componentes que giram apresentam melhoras signifi cativas

em seu funcionamento ao serem balanceados e que, no mercado global de hoje, os

consumidores procuram os melhores produtos para investir seu dinheiro, o

balanceamento se torna cada vez mais uma operaochave.


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Ele permite o desenvolvimento de produtos de mais alta qualidade, com a mais alta

produtividade, com maior durabilidade e a um custo cada vez menor. E isto o que

seus clientes exigem.

5

O controle dos fenmenos vibratrios podem ser consequidos por 3 (trs)

procedimentos diferenciados.

Eliminao das fontes: Balanceamento,Alinhamento,Troca de peas

defeituosas aperto de bases soltas,etc.

Isolamento das partes: Colocao de um modo elstico amortecedor de modo

a reduzir a transmisso da vibrao a nveis tolerveis.

Atenuao da resposta: Alterao da estrutura (Reforos, Massas Auxiliares,

Mudanas de Frequncia Natural, Etc ).

6 BA

O nvel de vibrao de um espectro (grfico),em funo do tempo pode ser medido

em :

Valor de Pico a Pico;

Valor de Pico;

Valor RMS (Root Mean Square)(Amplitude Mdia Quadrtica).

6.1

Essa medio de nvel de vibrao,indica o percusso mximo da onda e pode ser

til onde o deslocamento vibratrio da parte da mquina crtico para a tenso

mxima ou a folga mecnica limitante.

6.2

Essa medio de nvel de vibrao, vlido para indicao de choques de curta

durao.Porm indicam somente a ocorrncia de pico.


37/40


6.3 ( )

Essa medio de nvel de vibrao, a medida mais importante porque leva em

considerao o histrico da onda no tempo e de um valor de nvel o qual relacionada a energia contida.

O sinal harmnico possui caractersticas prprias,so elas:

Amplitude:Valor medido do nvel zero at o pico;

Frequncia: o nmero de ciclos por segundo, onde a unidade o hertz (Hz).

Onde temos; 1 hz = 60 rpm.

Perodo: a durao do ciclo em segundo. Onde o mesmo que o inverso da

frequncia, ( T=1/f ).

Defasagem:Indica o avano ou atraso de um sinal. A vibrao sempre atrasada

em relao oscilao.

7 A AA A A

7.1

Existem trs tipos de sensores, baseados em trs diferentes sistemas de transduo

mecnico-eltricos:

Sensores eletrodinmicos: detectam vibraes absolutas de freqncias

superiores a 3 Hz (180 cpm).

Sensores piezoeltricos: detectam vibraes absolutas de freqnciassuperiores a 1 Hz (60 cpm).


38/40


Sensores indutivos (sem contato ou de proximidade): detectam vibraes

relativas desde 0 Hz, podendo ser utilizados tanto para medir deslocamentos

estticos quanto dinmicos.

7.2

Medem a amplitude das vibraes, permitindo avaliar a sua magnitude.

Medem, tambm, a sua freqncia, possibilitando identificar a fonte causadora

das vibraes.

Os registradores podem ser analgicos ou digitais, e estes ltimos tendem a ocupar

todo o espao dos primeiros.


39/40


7.3 A

Existem vrios tipos e, entre eles, destacam-se: analisadores de medio global;

analisadores com filtros conciliadores (fornecem medidas filtradas para uma gama

de freqncia escolhida, sendo que existem os filtros de porcentagem constante e

os de largura da banda espectral constante) e os analisadores do espectro em

tempo real.

Os analisadores de espectro e os softwares associados a eles, com a presena de

um computador, permitem efetuar:

O zoom, que uma funo que possibilita a ampliao de bandas defreqncia;

A diferenciao e integrao de dados;

A comparao de espectros;

A comparao de espectros com correo da velocidade de rotao.

8

A Anlise de Vibrao o processo pelo qual as falhas em componentes mveis de

um equipamento, so descobertas pela taxa de variao das foras dinmicas

geradas. Tais foras afetam o nvel de vibrao, que pode ser avaliado em pontos

acessveis das mquinas, sem interromper o funcionamento dos equipamentos.

Dentre as diversas fontes de vibrao aquelas mais comuns e que, portanto, podem

ser responsabilizada pela quase totalidade das vibraes mecnicas indesejveis

so: desbalanceamento, desalinhamento, folgas generalizadas, campo eltrico

desequilibrado, entre outros.


40/40

Os efeitos em consequcia de um equipamento vibrando podero ser: altos riscos

de acidentes, desgaste prematuro dos componentes, aumento dos custos de

manuteno, etc.

A Manuteno Preditiva por anlise de vibraes est baseada no conhecimento do

estado da m estado da mquina atravs de medies peridicas e continuas de um

ou mais parmetros significativos, evitando paradas inesperadas e substituio de

peas desnecessrias.

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